可切换模式的背光板、显示器及方法与流程

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背景技术：

对于种类广泛的装置及产品的用户而言，电子显示器是一个几乎无处不在的媒介，用于传递信息给用户。其中最常见的电子显示器为阴极射线管(cathoderaytube,crt)、电浆显示面板(plasmadisplaypanel,pdp)、液晶显示器(liquidcrystaldisplay,lcd)、电致发光显示器(electroluminescentdisplay,el)、有机发光二极管(organiclightemittingdiode,oled)和有源矩阵有机发光二极管(activematrixoled,amoled)显示器、电泳显示器(electrophoreticdisplay,ep)，以及各种采用机电或电流体光调节(例如，数字微镜装置、电润湿显示器等等)的显示器。在一般情况下，电子显示器可以分为有源显示器(即，会发光的显示器)或无源显示器(即，调节由另一个光源提供的光的显示器)的中的一个。在有源显示器的分类中，最明显的示例是crt、pdp及oled/amoled。在以发射光进行考虑的情况下，lcd及ep显示器一般是被归类在无源显示器中。无源显示器虽然经常表现出包含但不限于如固有的低功率消耗等具有吸引力的性能特征，但由于其缺乏发光的能力，在许多实际应用中无源显示器可能有使用上的限制。

为了克服无源显示器与发射光相关联的使用限制，许多无源显示器与外部光源耦合。耦合光源可使这些无源显示器发光，并使这些无源显示器基本上发挥有源显示器的功能。背光板即为这种耦合光源的示例之一。背光板是放置在其他无源显示器后方以照亮无源显示器的光源(通常是面板光源)。举例来说，背光板可以与lcd或ep显示器耦合。背光板会发出可以穿过lcd或ep显示器的光。发出的光会由lcd或ep显示器调节，且经调节后的光会随后依序地由lcd显示器或ep显示器射出。通常背光板配置为发出白色光。彩色滤光片接着会将白光转化成显示器中使用的各种颜色的光。举例来说，彩色滤光片可以被设置在lcd或ep显示器的输出处(不太常见的配置)，或者可以被设置在背光板和lcd或ep显示器之间。

附图说明

根据在本文所描述的原理的示例和实施例的各种特征可以参考以下结合附图的详细描述而更容易地理解，其中相同的附图标记表示相同的结构元件，并且其中：

图1a是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的多视图显示器的透视图。

图1b是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的具有特定主要角度方向的光束的角度分量的示意图；

图2是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的衍射光栅的剖面图；

图3a是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的可切换模式的背光板的剖面图；

图3b是根据与本文所描述的原理一致的另一实施例，显示示例中的可切换模式的背光板的剖面图；

图3c是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的可切换模式的背光板的透视图；

图4是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的第一平面背光板的剖面图；

图5a是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的包含多光束元件的第二平面背光板的一部分的剖面图；

图5b是根据与本文所描述的原理一致的另一实施例，显示示例中的包含多光束元件的第二平面背光板的一部分的剖面图；

图6是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的包括多个子光栅的衍射光栅的剖面图；

段落有意留空。

图7是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的一对多光束元件的平面图；

图8a是根据与本文所描述的原理一致的另一实施例，显示示例中的包含多光束元件的第二平面背光板的一部分的剖面图；

图8b是根据与本文所描述的原理一致的另一实施例，显示示例中的包含多光束元件的第二平面背光板的一部分的剖面图；

图9是根据与本文所描述的原理一致的另一实施例，显示示例中的包含多光束元件的第二平面背光板的一部分的剖面图；

图10a是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的可切换模式的背光板的一部分的剖面图；

图10b是根据与本文所描述的原理一致的另一实施例，显示示例中的可切换模式的背光板的一部分的剖面图；

图11是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的可切换模式的显示器的方块图；以及

图12是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的可切换模式的显示器的操作方法的流程图。

一些示例和实施例可具有除了上述参考附图中所示的特征之外的其他特征，或代替以上参考附图中所示的特征的其他特征。下文将参照上述附图详细描述这些和其他特征。

具体实施方式

根据本发明所述的原理的示例和实施例提供可切换模式的背光板，其应用在可切换模式的显示器。特别是，根据本文所描述的原理，可以使用可切换模式的显示器在第一模式和第二模式中选择性地显示信息，所述的第一模式配置为支持二维(2d)信息(例如，2d图像)的显示，所述的第二模式配置为支持三维(3d)信息(例如，多视图图像)的显示。根据各个实施例，第二模式可以被用于与所谓的“裸眼”或裸视立体显示系统一起展现图像以及类似的信息，而第一模式可以被用于展现缺乏或至少不从第三维度获得好处的信息(例如，如文字、2d图像等信息)。此外，根据本文所描述的原理的各种实施例，在相同的显示单元或系统上提供可切换模式。能够选择性地在相同的显示系统上显示2d信息以及多视图或3d信息之可切换的显示系统与单独使用2d显示器或单独使用多视图显示器相比可以有助于使单个显示系统适应更宽范围的不同数据呈现要求。

根据各种实施例，采用可切换模式的背光板以利于模式之间的切换。特别是，可切换模式的背光板的第一层提供配置以提供或显示2d信息的广角发射光或漫射发射光。可切换模式的背光板的第二层配置以透过发射包括多个方向性光束的方向性发射光来支持多视图信息或3d信息的显示，所述的多个方向性光束具有与多视图图像的各种视图方向对应的预定主要角度方向。根据各种实施例，可切换模式的背光板的第一层可包含基本上任何平面背光板。根据各种实施例，可切换模式的背光板的第二层包含导光体和多光束元件，以产生方向性发射光的散射方向性光束。本文所述的可切换模式、可切换模式的背光板、和可切换模式的显示器的用途，包含但不限于移动电话(例如智慧型手机)、手表、平板计算机、行动计算机(例如笔记本电脑)、个人计算机和计算机监视器、汽车显示控制面板、相机显示器、以及各种其他行动装置、以及基本上不可移动的显示器应用和装置。

在本文中，“二维显示器”或“2d显示器”定义为用以提供图像的显示器，该图像的视图不管观看图像的方向都大致上是相同的(即，在预定视角内或2d显示范围)。智能型手机和计算机屏幕中可能会有的液晶显示器(lcd)是2d显示器的示例。与此对比，“多视图显示器”定义为配置以在不同视图方向(viewdirection)上或从不同视图方向提供多视图图像(multiviewimage)的不同视图(differentview)的电子显示器或显示系统。特别是，不同视图可以表示多视图图像的景象或物体的不同透视图。在一些情况下，多视图显示器也可以称为三维(3d)显示器，例如，在同时观看多视图图像的两个不同视图时，提供观看三维图像的感觉。

图1a是根据与本文所描述的原理一致的实施例，显示示例中的多视图显示器10的透视图。如图1a中所示的，多视图显示器10包括用以显示被用于观看的多视图图像的屏幕12。多视图显示器10在相对于屏幕12的不同视图方向上16提供多视图图像的不同视图14。视图方向16如箭头所示，从屏幕12以各种不同的主要角度方向延伸。不同视图14在箭头(即，表示视图方向16)的终点处被显示为阴影多边形框，并且仅示出了四个视图14和四个视图方向16，这全都是作为示例而非限制。所需注意者，虽然图1a中不同视图14被绘示为在屏幕上方，但是当多视图图像被显示在多视图显示器10上，视图14实际上出现在屏幕上或屏幕附近。在屏幕12上方描绘视图14仅是为了简化说明，并且意图表示从对应于特定视图14的相应的一个视图方向16观看多视图显示器10。

根据本文的定义，视图方向或等效地具有与多视图显示器的视图方向对应方向的光束，通常具有由角度分量{θ,φ}给出的主要角度方向。角度分量θ在本文中被称为光束的“仰角分量”或“仰角”。角度分量φ被称为光束的“方位角分量”或“方位角”。根据本发明中的定义，仰角θ是在垂直平面(例如，垂直于多视图显示器屏幕的平面)中的角度，而方位角φ是在水平面(例如，平行于多视图显示器屏幕的平面)中的角度。

图1b是根据与本文所描述的原理一致的实施例，显示示例中具有与多视图显示器的视图方向(例如，图1a中的视图方向16)相对应的特定主要角度方向或简称为“方向”的光束20的角度分量{θ,φ}的示意图。此外，根据本文的定义，光束20从特定点被发射或发出。也就是说，根据定义，光束20具有与多视图显示器内的特定原点相关联的中心射线。图1b还显示了原点o的光束(或视图方向)。

此外在本文中，在术语“多视图图像”和“多视图显示器”中使用的“多视图(multiview)”一词定义为在多个视图(view)之中的视图之间表示不同视图或包含视图的角度差异的多个视图。另外，按照本文定义，本文中术语“多视图”明确地包含多于两个不同视图(即，最少三个视图并且通常多于三个视图)。如此，本文中所使用的“多视图显示器”一词明确地与仅包含表示景象或图像的两个不同视图的立体显示器作区隔。需注意的是，虽然多视图图像和多视图显示器可以包含多于两个视图，但是根据本文的定义，每次可以透过仅选择多视图中的两个视图来在多视图显示器上观看多视图图像作为立体图像对(例如，每只眼睛一个视图)。

根据本发明的定义，“多视图像素”一词定义为在多视图显示器的类似的多个不同视图中的每一个中的一组子像素或一组“视图”像素。特别是，多视图像素可具有对应或表示多视图图像中的该些不同视图的每一个中的视图像素的个别视图像素。此外，根据本文的定义，多视图像素的视图像素是所谓的“方向性(directional)像素”，因为每个视图像素与不同视图中相应的一个的预定视图方向相关联。此外，根据各种示例和实施例，多视图像素的不同视图像素可以在每个不同视图中具有等同的或至少基本相似的位置或坐标。举例而言，第一多视图像素可以具有个别视图像素，其位于多视图图像的每个不同视图中的{x1,y1}处；而第二多视图像素可以具有个别视图像素，其位于多视图图像的每个不同视图中的{x2,y2}处，依此类推。

在一些实施例中，多视图像素中的视图像素的数量可以等于多视图显示器的视图的数量。举例而言，该多视图像素可提供六十四(64)个视图像素，六十四(64)个视图像素关联于具有六十四(64)个不同视图的一多视图显示器。在另一示例中，该多视图显示器可提供八乘四的视图阵列(即，32个视图)，且该多视图像素可包含32个视图像素(即，为每一个视图提供一个)。此外，举例而言，不同视图像素的每一个可包括关联方向(例如，光束方向)，其对应与64个不同视图对应的多个视图方向中的不同视图方向。进一步地，根据一些实施例，多视图显示器的多视图像素的数量可以大致上同等于多视图显示器的像素(即，构成所选的视图的像素)的数量。例如，如果视图包含六百四十乘四百八十的视图像素(即，640x480的视图分辨率)，则多视图显示器可以具有三万零七千二百(307,200)个多视图像素。在另一示例中，当视图包含一百乘一百的像素，多视图显示器可包含总数为一万(即，100x100＝10,000)的多视图像素。

本文中，“导光体”被定义为使用全内反射(totalinternalreflection,tir)在结构内引导光的结构。特别是，导光体可以包含在导光体的工作波长处基本上透明的核心。在各种示例中，“导光体”一词一般指的是介电质的光波导，其利用全内反射在导光体的介电材料的物质和围绕导光体的物质或介质之间的界面引导光。根据定义，全内反射的条件是导光体的折射系数大于与导光体材料的表面邻接的周围介质的折射系数。在一些实施例中，导光体可以在利用上述的折射系数差之外另外包含涂层，或者利用涂层取代前述的折射系数差，藉此进一步促成全内反射。例如，涂层可以是反射涂层。导光体可以是数种导光体中的任何一种，包含但不限于平板或厚平板导光体和条状导光体中的一个或两个。

此外，在本文中，术语“平板”在应用于导光体时(如“平板导光体”)被定义为片段线性的或微分地平面(differentiallyplanar)的层或片，其有时被称为“厚平板”导光体。具体地，平板导光体被定义为导光体，该导光体配置在由导光体的顶部表面和底部表面(即，相对的表面)界定的两个基本正交的方向上引导光。此外，根据本文的定义，顶部表面和底部表面都彼此分开的，并且可以至少在微分的意义上基本上相互平行。也就是说，在平板导光体的任何差异小的部分内，顶部表面和底部表面大致上为平行或共平面的。

在一些实施例中，平板导光体可以是基本上平坦的(即，局限为平面)，并且因此平板导光体是平面导光体。在其他实施例中，平板导光体可以在一个或两个正交维度上弯曲。例如，平板导光体可以以单个维度弯曲以形成圆柱型的平板导光体。然而，任何曲率都需具有足够大的曲率半径，以确保平板导光体中能保持全内反射来引导光。

本文中，“角度保持散射特征”或等效的“角度保持散射体”是任一特征或散射体，其被配置为以在散射光中基本上保留入射在特征或散射体上的光的角展度的方式的散射光。特别是，根据定义，通过角度保持散射特征散射的光的角展度σs是入射光的角展度σ的函数(即σs＝f(σ))。在一些实施例中，散射光的角展度σs是入射光的角展度或准直因子σ的线性函数(例如，σs＝a·σ，其中a是整数)。也就是，通过角度保持散射特征散射的光的角展度σs，可以基本上与入射光的角展度或准直因子σ成比例。例如，散射光的角展度σs可以基本上等于入射光的角展度σ(例如，σs≈σ)。均匀衍射光栅(即，具有大致均匀或恒定的衍射特征间距或光栅间距的衍射光栅)是角度保持散射特征的一个示例。相反地，根据本文的定义，朗伯散射体(lambertianscatterer)或朗伯反射器(lambertianreflector)以及一般漫射器(例如，具有或接近朗伯散射)不是角度保持的散射体。

本文中，“偏振保持散射特征”或等效的“偏振保持散射体”是任一特征或散射体，其被配置为以在散射光中基本上保留入射在特征或散射体上的光的偏振或至少一定程度的偏振。因此，“偏振保持散射特征”是任一特征或散射体，其中，入射在特征或散射体上的光的偏振度大致上等同于该散射光的该偏振度。此外，根据定义，“偏振保持散射”是一种保持或基本上保持被散射的光的预定偏振的散射(例如，引导光的散射)。举例而言，被散射的光可以是由偏振光源提供的偏振光。

本文中，“衍射光栅”通常被定义为设置成提供入射在衍射光栅上的光的衍射的多个特征(即，衍射特征)。在一些示例中，多个特征可以以周期性或准周期性的方式设置。举例而言，衍射光栅可以包含布置在一维(one-dimensional,1d)阵列中的多个特征(例如，在材料表面中的多个凹槽或脊部)。在其他示例中，衍射光栅可以是特征的二维(2d)阵列。例如，衍射光栅可以是材料表面上的凸部或材料表面中的孔洞的二维阵列。

如此，根据本文的定义，“衍射光栅”是提供入射在衍射光栅上的光的衍射的结构。如果光从导光体入射在衍射光栅上，则所提供的衍射或衍射地散射可以导致并且因此被称为“衍射地耦合”，因为衍射光栅可以透过衍射将光耦合出导光体。衍射光栅还通过衍射(即，以衍射角)重定向或改变光的角度。特别是，由于衍射，离开衍射光栅的光通常具有与入射在衍射光栅上的光(即，入射光)的传播方向不同的传播方向。通过衍射产生之光的传播方向上的变化于本文中被称为“衍射地重新定向”。因此，衍射光栅可被理解为包含衍射特征的结构，其经由衍射方式将入射在衍射光栅上的光重新定向，以及，如果光是由导光体射出，衍射光栅也可将来自导光体的光衍射地耦合出。

此外，根据本文的定义，衍射光栅的特征被称为“衍射特征”，并且可以是在材料表面(即，两种材料之间的边界)处、之中、和之上的中的一个或多个。例如，所述表面可以是导光体的表面。衍射特征可以包含衍射光的各种结构中的任何一种，包含但不限于在表面处、表面中、或表面上的凹槽、脊部、孔洞、和凸块中的一个或多个。例如，衍射光栅可以包含在材料表面内的多个基本上平行的凹槽。在另一个示例中，衍射光栅可以包含从材料表面上升起的多个平行的脊部。衍射特征(例如：凹槽、脊部、孔洞、凸部等等)可以具有提供衍射的各种横截面形状或轮廓中的任何一种，包含但不限于正弦曲线轮廓、矩形轮廓(例如，二元衍射光栅)、三角形轮廓、和锯齿轮廓(例如，闪耀光栅(blazedgrating))。

根据本文所述的各种示例，可以采用衍射光栅(例如，如下所述的多光束元件的衍射光栅)来将光从导光体(例如，平板导光体)衍射地散射出或耦合出以作为光束。具体来说，局部周期性衍射光栅的衍射角θm或由局部周期性衍射光栅提供的衍射角θm可通过方程式(1)给定如：

其中，λ为光的波长，m为衍射阶数，n是导光体的折射系数，d是衍射光栅的多个特征之间的距离或间距，θi是光入射在衍射光栅上的入射角度。为了简化，等式(1)假设衍射光栅与导光体的表面邻接并且导光体外部的材料的折射系数等于1(即，nout＝1)。一般，衍射阶数m给定为整数。衍射角θm由衍射光栅产生的光束可以由其中衍射阶数为正(例如，m>0)的等式(1)给定。例如，当衍射阶数m等于1(即，m＝1)时提供第一阶衍射。

图2是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的衍射光栅30的剖面图。举例而言，衍射光栅30可以位于导光体40的表面上。另外，图2示出了以入射角θi入射在衍射光栅30上的光束50。入射光束50可以是导光体40内的引导光的光束(即，引导光束)。图2中还示出了由于入射光束50的衍射，衍射光栅30衍射地产生并耦合出方向性光束60。方向性光束60具有如方程式(1)所示的衍射角θm(或者，在本文中，“主要角度方向”)。衍射角θm可以对应于衍射光栅30的衍射阶数“m”，例如，衍射阶数m＝1(即，第一衍射阶数)。

根据本文的定义，“多光束元件”一词为产生包含多个光束的光的背光板或显示器的结构或元件。在一些实施例中，多光束元件可光学地耦合至背光板的导光体，以通过耦合出或散射出在导光体中被引导的光的一部分来提供多个光束。进一步地，根据本文的定义，由一多光束元件所产生的多个光束中的光束具有彼此不同的多个主要角度方向。具体来说，根据定义，多个光束中的光束具有与所述的多个光束中的另一光束不同的预定主要角度方向。因此，根据本文的定义，光束被称为“方向性光束”，并且多个光束可以称为多个方向性光束。

再者，多个方向性光束可以表示光场。例如，多个方向性光束可被限制在基本上为圆锥形的空间区域中，或者具有包含多个光束中的光束的不同主要角度方向的预定角展度。因此，该些光束的预定角展度的组合(即，所述的多个光束)可表示光场。

根据各个实施例，各个多个方向性光束的不同主要角度方向由特征来决定，该特征可包含但不限于多光束元件的尺寸(例如，长度、宽度、面积等)。在一些实施例中，根据本文的定义，多光束元件可被视为“扩展点光源”，即，多个点光源分布在多光束元件的范围内。此外，由多光束元件产生的方向性光束具有由角度分量{θ,φ}给出的主要角度方向，如本文所定义，并且如上文关于图1b所述。

在本文中，“准直器”被定义为基本上任何用于准直光的光学元件或装置。举例来说，准直器可以包含但不限于，准直镜或反射器、准直透镜、衍射光栅、锥形导光体以及上述各种准直器的组合。根据各个实施例，由准直器提供的准直量可以从一个实施例到另一个实施例以预定的角度或数量做变化。进一步地，准直器可用以在两个正交方向(例如，垂直方向以及水平方向)中的一个或两个方向上提供准直。换言之，根据本发明的一些实施例，准直器可包含用于提供光准直的两个正交方向中的一个或两个的形状或类似的准直特征。

本文中，“准直因子”被定义为光被准直的程度。具体来说，根据本文的定义，准直因子定义准直光束中的光线的角展度。例如，准直因子σ以指定一束准直光中的大部分光线在特定的角展度内(例如，相对于准直光束的中心或主要角度方向的+/-σ度)。根据一些示例，准直光束的光线可以在角度方面具有高斯分布(gaussiandistribution)，并且角展度可以是由准直光束的峰值强度的一半所确定的角度。

在本文中，“光源”被定义为发出光的源头(例如，被配置以产生和发射光的光学发射器)。例如，光源可以包括光学发射器，例如，发光二极管(led)，其在被启动或开启时发光。具体来说，在本文中光源基本上可为任何一种来源的光或光学发射器，其包含但不限于，一个或多个led、雷射、有机发光二极管(organiclightemittingdiode,oled)、聚合物发光二极管、电浆光学发射器、日光灯、白炽灯，以及任何其他视觉可见的灯光来源。由光源所产生的光线可以具有颜色(即，可包含特定波长的光)，或可为一定范围的波长(例如，白光)。在一些实施例中，光源可以包括多个光学发射器。例如，光源可以包含一组或一群光学发射器，其中至少一个光学发射器产生具有颜色或等同的波长的光，所述颜色或波长不同于由该组或该群的至少一个其它光学发射器产生的光所具有的颜色或波长。不同颜色可以包含例如原色(例如，红色、绿色、蓝色)。“偏振(polarized)”光源在本文中定义为，产生或提供具有预定偏振的光的基本上任何光源。举例而言，偏振光源可以包括在光源的光学发射器的输出处的偏光器。

此外，如本文所使用的，冠词“一”旨在具有其在专利领域中的通常含义，即“一个或多个”。例如，本文中“一多光束元件”指一个或多个多光束元件，更确切来说，“多光束元件”于此意指“该(等)多光束件”。此外，本文中对“顶部”、“底部”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“第一”、“第二”、“左”、或“右”并非意使其作为限制。本文中，当应用到一个值时，除非有另外特别说明，“大约(about)”一词在应用于某个值时通常意味着在用于产生该值的设备的公差范围内，或者可以表示加减10％、或加减5％、或加减1％。此外，本文使用的术语“基本上(substantially)”是指大部分、或几乎全部、或全部、或在约51％至约100％的范围内的量。而且，本文中的示例仅仅是说明性的，并且是为了讨论的目的而不是为了限制。

根据本文所描述的原理的一些实施例，提供了一种可切换模式的背光板。图3a是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的可切换模式的背光板100的剖面图。图3b是根据与本文所描述的原理一致的另一实施例，显示示例中的可切换模式的背光板100的剖面图。具体来说，图3a示出了配置为在第一模式中操作的可切换模式的背光板100，而图3b示出了配置为在第二模式中操作的可切换模式的背光板100。图3c是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的可切换模式的背光板100的透视图。作为示例而非限制，图3c中示出的可切换模式的背光板100配置为在第二模式中操作。

根据各种实施例，可切换模式的背光板100配置为提供或发射作为发射光102的光。特别是，如图3a-3c中的各种箭头所示，可切换模式的背光板100配置为在一般远离可切换模式的背光板100的方向上(例如，远离其表面)提供发射光102。根据各种示例和实施例，发射光102可以用于照亮采用可切换模式的背光板100的电子显示器。例如，发射光102可用于在显示器应用中照亮光阀的阵列(例如，如下文所述的光阀106)。此外，在一些实施例中，采用可切换模式的背光板100的电子显示器可配置为使用发射光102选择性地显示二维(2d)图像和三维(3d)或多视图图像中的一个或两个，例如，在可切换模式的显示器中使用时。

特别是，根据可切换模式的背光板100的各种操作模式，发射光102可具有或表现出不同的特征。特别是，由可切换模式的背光板100发射的光作为发射光102，可以包括有方向的光与漫射光或基本上无方向的光。此外，可以根据可切换模式的背光板100的操作模式(例如，第一模式或第二模式)来选择不同的特征。举例而言，如下文更详细地所描述的，在第一模式中，可切换模式的背光板100可以提供发射光102以作为广角发射光102'。或者，举例而言，在第二模式中，可切换模式的背光板100配置为提供发射光102以作为方向性发射光102"。根据各种实施例，在第二模式期间提供的方向性发射光102"包括具有彼此不同的主要角度方向的多个方向性光束。

根据定义，“广角”发射光102'定义为具有锥角的光，该锥角大于与可切换模式的背光板100相关联的多视图图像或多视图显示器的视图的锥角。具体来说，在一些实施例中，广角发射光102'可以具有大约大于二十度(例如，>±20°)的锥角。在其他的实施例中，广角发射光102'的锥角可以大约大于三十度(例如，>±30°)，或大约大于四十度(例如，>±40°)，或大约大于五十度(例如，>±50°)。举例来说，广角发射光102'的锥角可以大约等于六十度(例如，>±60°)。

在一些实施例中，广角发射光102'的锥角可以大约定义为等于lcd计算机屏幕、lcd平板计算机、lcd电视或其他用于广角观看(例如，大约±40°～65°)的相似的数字显示设备的视角。在其他实施例中，由可切换模式的背光板100提供的广角发射光102'也可以表征为或描述为漫射光、大致漫射光、无方向光(即，缺少任何具体或明确的方向性)，或者具有单一或大致均匀方向的光。为了便于说明，广角发射光102'在图3a中是以虚线箭头显示。然而，表示广角发射光102'的虚线箭头并非意图暗示发射光102具有特定的方向，而是仅代表了光的射出与传输，例如，从可切换模式的背光板100。

如上所述，在第二模式期间由可切换模式的背光板100提供的方向性发射光102"包括多个方向性光束，其具有彼此不同的主要角度方向(或简称为“不同方向”)。举例而言，多个方向性光束可以是光场或代表光场。图3b和图3c以多个发散箭头描绘了方向性发射光102"的多个方向性光束。根据一些实施例，在第二模式中或在第二模式期间，方向性发射光102"的方向性光束的不同主要角度的方向的光束可以对应于多视图图像或多视图显示器的相应的视图方向。

在这些实施例的其中一些中，可以调节发射光102的方向性光束(例如，使用光阀106，如下所述)，以便于显示具有多视图或3d图像内容的信息。在其他实施例中，第二模式中的方向性光束的不同主要角度方向可以对应于朝向与可切换模式的背光板100相邻或在可切换模式的背光板100前方的相对有限的空间区域的方向，例如，视框(未显示于图中)。在这些实施例中，方向性发射光102"的方向性光束可以被调节(例如，通过光阀)，以在例如视框中提供图像内容。

如图所示，可切换模式的背光板100包括第一平面背光板110。第一平面背光板110具有平面发光表面110'，其配置为在第一模式期间提供广角发射光102'(例如，参见图3a)。根据各个实施例，第一平面背光板110可以是基本上任何具有近乎平面发光表面110'的背光板。举例而言，第一平面背光板110可以是直接发光式或直接被照明的平面背光板。直接发光式或直接被照明的第一平面背光板，包含但不限于采用冷阴极荧光灯(cold-cathodefluorescentlamp,ccfl)、霓虹灯、或发光二极管(lightemittingdiode,led)的平面阵列的背光面板，其配置为直接照射平面发光表面110'并提供广角发射光102'。电致发光面板(elp)是直接发光式平面背光板的另一个非限制性示例。

在其他示例中，第一平面背光板110可以包括采用间接光源的背光板。这种间接照明的背光源可以包含但不限于各种形式的边缘耦合的背光板或所谓的“侧光式(edge-lit)”背光板。侧光式背光板通常包含耦合到导光体或类似引导结构(例如，中空引导腔或导光体)的边缘或侧面的光源(图3a至图3c中未显示)。边缘耦合光源配置为照亮引导结构以在侧光式背光板内提供光。举例而言，边缘耦合光源可以包含但不限于ccfl和led。根据各种示例，引导结构可以配置为使用全内反射(totalinternalreflection,tir)、镜面(例如，镜面的后表面)、或其组合来引导来自边缘耦合光源的光。此外，在一些示例中，在第一平面背光板110中采用的侧光式背光板的引导结构可以具有基本上是矩形的横截面，其具有平行相对的表面(例如，顶部表面和底部表面)。因此，第一平面背光板110可以包括“矩形”引导结构。在其他示例中，引导结构可以具有锥形横截面或楔形横截面(即，引导结构可以是“楔形”)，其具有与相对的第二表面基本上不平行的第一表面。

根据各个实施例，用作第一平面背光板110的侧光式背光源进一步包含提取特征(图3a至图3c中未显示)。提取特征配置为从引导结构提取光并且在远离引导结构的方向上使提取光重定向。举例而言，侧光式背光源的提取特征可以提取光作为广角发射光102'，并且引导广角发射光102'使其远离平面光发射表面110'。提取特征可以包含但不限于与引导结构的表面(例如，顶部表面)相邻的各种球形散射结构(球形散射体)、微棱镜膜或微棱镜层等等、以及位于引导结构其本身内或与其一对相对表面中的一个或两个相邻的各种散射体或反射器。

图4是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的第一平面背光板110的剖面图。如图4所示，第一平面背光板110包括耦合到第一平面背光板110的边缘的光源112。边缘耦合的光源112配置为在第一平面背光板110内产生光。此外，如通过示例而非限制的方式所示，第一平面背光板110包括具有基本上是矩形的横截面的引导结构114(或导光体)，其具有平行的相对表面(即，矩形引导结构)以及多个提取特征114a。如图所示，散射特征114a包括位于引导结构114的表面处的球形散射体，该引导结构114相邻于第一平面背光板110的平面发光表面110'(即，顶部表面)。根据各个实施例，来自边缘耦合的光源112并且在矩形引导结构114内被引导的光，可以透过提取特征114a从引导结构114散射出、或者从引导结构114被提取而重定向，以提供广角发射光102'。

在一些实施例中，第一平面背光110，无论是直接发光式还是侧光式(例如，如图4所示)，可以进一步包括一个或多个的额外层或额外膜，其包含但不限于漫射器或漫射层、亮度增强膜(bef)、和偏振回收膜或偏振回收膜层。举例而言，与仅由提取特征114a提供广角发射光102'相比，漫射器可以配置为使广角发射光102'的发射角增大。在一些示例中，亮度增强膜可用于增加广角发射光102'的整体亮度。举例而言，亮度增强膜(brightnessenhancementfilm,bef)可以从明尼苏达州圣保罗市的3m光学系统部门(3mopticalsystemsdivision)的vikuiti^tmbefii获得，其为微复制增强膜，其利用棱镜结构以提供高达60％的亮度增益。偏振回收层可以配置为选择性地通过第一偏振，但使第二偏振反射回矩形引导结构114。例如，偏振回收层可包括反射偏振膜或双亮度增强膜(dualbrightnessenhancementfilm,dbef)。dbef膜的示例包含但不限于3mvikuiti^tm双亮度增强膜，可从明尼苏达州圣保罗的3m光学系统部获得。在另一个示例中，可以采用高度偏振转换膜(advancedpolarizationconversionfilm,apcf)或亮度增强膜和apcf膜的组合作为偏振回收层。

图4示出了第一平面背光板110，其进一步包括与引导结构114和第一平面背光板110的平面发光表面110'相邻的漫射器116。此外，图4中所示的是亮度增强膜117和偏振回收层118，二者也与平面发光表面110'相邻。举例来说，如图4所示，在一些实施例中，第一平面背光板110进一步包括邻近引导结构114的表面的反射层119，其与平面发光表面110'相对(即，在后表面上)。反射层119可以包括多种反射膜中的任何一种，包含但不限于反射金属层或增强镜面反射器(esr)膜。esr膜的示例包含但不限于vikuiti^tm增强镜面反射膜，其可从明尼苏达州圣保罗的3m光学系统部获得。

再次参考图3a至图3c，可切换模式的背光板100进一步包括第二平面背光板120。根据各个实施例，第二平面背光板120包括导光体122和多光束元件124的阵列。多光束元件阵列中的多光束元件124遍及导光体122而彼此隔开。根据各个实施例，多光束元件124的阵列配置为在第二模式期间散射出来自导光体122的引导光104作为方向性发射光102"，其包括具有主要角度方向的多个方向性光束。此外，根据各种实施例，方向性光束中的多个方向性光束具有彼此不同的主要角度方向，并且不同的主要角度方向对应于多视图图像的视图方向。

特别是，如图3b所示，多光束元件阵列中的多光束元件124可以配置为从导光体122内散射出一部分的引导光104，以引导散射出的部分使其远离导光体122的第一表面122'或等于从第二平面背光板120的第一表面散射。举例而言，引导光部分可以透过多光束元件124通过第一表面122'散射出。此外，如图3a至图3c所示，根据各个实施例，与第一表面相对的第二平面背光板120的第二表面，其与第一平面背光板110的平面发光表面110'相邻。

应注意的是，如上文所述，如图3b所示，方向性发射光102"的多个方向性光束，是或表示具有不同主要角度方向的多个方向性光束。即，根据各个实施例，方向性光束具有与方向性发射光102"中的其他方向性光束不同的主要角度方向。此外，第二平面背光板120可以是基本上透明的(例如，至少在第一模式中)，以允许来自第一平面背光板110的广角发射光102'通过或透射过第二平面背光板的厚度，如图3a中的虚线箭头所示，虚线箭头起始于第一平面背光板110随后穿过第二平面背光板120。换句话说，由第一平面背光板110提供的广角发射光102'配置为在第一模式期间透射过第二平面背光板120，例如，凭借第二平面背光板的透明度。

特别是，导光体122和间隔开的多个多光束元件124允许光通过第一表面122'和第二表面122"以穿过导光体122。由于多光束元件124的相对小的尺寸和多光束元件124的相对大的元件间的间距，使得透明度可以增强，至少增强一部分的透明度。此外，特别是当多光束元件124包括如下文所述的衍射光栅时，在一些实施例中，多光束元件124对于与导光体表面122'、导光体表面122"正交传播的光也可以是基本上透明的。因此，举例而言，根据各个实施例，来自第一平面背光板110的光可以通过导光体122与第二平面背光板120的多光束元件阵列在正交方向上通过。

如上文所述，可切换模式的背光板100具有一对可切换模式，即，第一模式和第二模式。在第一模式中，第一平面背光板110配置为提供广角发射光102'，也就是，广角发射光102'随后透射过第二平面背光板120。在第二模式中，第二平面背光板120配置为提供方向性发射光102”的多个方向性光束。图3a表示可切换模式的背光板100的第一模式，其具有由第一平面背光板110提供的广角发射光102，而图3b表示可切换模式的背光板100的第二模式，其中方向性发射光102"(例如，作为方向性光束)由第二平面背光板120提供。在一些实施例中，第一模式和第二模式可以在时间方面上为互斥(exclusive)的。也就是说，可切换模式的背光板100可以在任何特定时间点以第一模式或第二模式操作。在其他实施例中，可切换模式的背光板100的一部分可以第一模式操作，而可切换模式的背光板100的另一部分可以第二模式操作。

如上所述并且根据各种实施例，第二平面背光板120包括导光体122。在一些实施例中，导光体122可以是平板导光体。导光体122配置为将光(例如，如下文所述的光源)引导为引导光104。具体来说，引导光104在第一传播方向103上被引导，例如如图3b中的粗箭头所示的向右引导。导光体122配置为沿着导光体122的长度将光引导为引导光104。例如，导光体122可以包含配置为光波导的介电材料。介电材料可以具有比围绕介电质的光波导的介质的第二折射系数大的第一折射系数。例如，根据导光体122的一个或多个引导模式，折射系数的差异配置以促成引导光104的全内反射。

在一些实施例中，导光体122可以是厚板或平板光波导，其包括延伸的、基本上平面的光学透明介电材料片。该基本上平面的介电材料片系透过全内反射来引导所述引导光104。根据各个示例，导光体122中的光学透明材料可包含各种任何的介电材料，其可包含但不限于，各种形式的玻璃中的一种或多种(例如，石英玻璃(silicaglass)、碱-铝硅酸盐玻璃(alkali-aluminosilicateglass)、硼硅酸盐玻璃(borosilicateglass)等)以及基本上光学透明的塑料或聚合物(例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)(poly(methylmethacrylate))或“丙烯酸玻璃(acrylicglass)”、聚碳酸酯(polycarbonate)等)。在一些示例中，导光体122还可以在导光体122的表面(例如，顶部表面和底部表面中的一个或两个)的至少一部分上包含包覆层(未显示于图中)。根据一些示例，包覆层可以用于进一步促进全内反射。

此外，根据一些实施例，导光体122配置以根据在导光体122的第一表面122'(例如，“后”表面或侧面)和第二表面122"(例如，“前”表面或侧面)之间的非零传播角度(non-zeropropagationangle)的全内反射来引导引导光104。具体来说，引导光104通过以非零传播角度在导光体122的第一表面122'和第二表面122"之间反射或“跳动”而传播。在一些实施例中，引导光104包括数种不同颜色的光的多条引导光束，其可于多个不同的颜色特定的非零传播角度中相应的一个被导光体122引导。应注意的是，为了简化说明，非零传播角度并未于图3a至图3c中示出。然而，在各图中描绘传播方向103的粗箭头示出了引导光104的总体传播方向，其沿着导光体的长度。

如本文所定义，“非零传播角度”是相对于导光体122的表面(例如，第一表面122'或第二表面122")的角度。此外，根据各个实施例，非零传播角度均大于零且小于导光体122内的全内反射的临界角度。此外，对于特定的实现，可以选择(例如任意)特定的非零传播角度，只要特定的非零传播角度为小于导光体122内的全内反射的临界角度即可。在各种实施例中，可以非零传播角度将引导光104引入或耦合到导光体122中。

根据各个实施例，通过将光耦合至导光体122中所产生的引导光104或等同于引导“光束”可为准直光束。在本发明中，“准直光”或“准直光束”通常定义为一束光，其中，数道光束在光束内(例如，引导光104内)基本上互相平行。此外，根据本文的定义，从准直光束发散或散射的光线不被认为是准直光束的一部分。在一些实施例中，可切换模式的背光板100的第二平面背光板120可包含准直器，例如但不限于透镜、反射器或镜子、或衍射光栅，其配置以准直被引入导光体122的光。在一些实施例中，光的来源(例如，光源)可包括准直器。在各种实施例中，引导光104可以根据准直因子σ以准直，或者引导光104具有准直因子σ。

如上所述并且根据各种实施例，第二平面背光板120包括多光束元件124的阵列。根据各个实施例(例如，如图3a至图3c所示)，多光束元件阵列中的多光束元件124可位于导光体122的第一表面122'处(例如，邻近第二平面背光板120的第一表面)。在其他示例(未显示于图中)中，多光束元件124可以位于导光体122内。在进一步的其他示例(未显示于图中)中，多光束元件124可以位于导光体122的第二表面122"处或第二表面上(例如，邻近第二平面背光板120的第二表面)。此外，多光束元件124的尺寸与配置为显示多视图图像的多视图显示器的光阀的尺寸相当。举例而言，即，多光束元件尺寸与多视图显示器中的光阀阵列的光阀尺寸相当，所述的多视图显示器包含可切换模式的背光板100和其第二平面背光板120。

作为示例而非限制，图3a至图3c还示出了光阀106的阵列(例如，多视图显示器的阵列)。在各个实施例中，不同种类的光阀中的任何一种可被用作该光阀阵列的多个光阀106，其种类包含但不限于，多个液晶光阀、多个电泳光阀、以及基于或使用电润湿的多个光阀中的中的一个或多个。此外，如图所示，对于多光束元件阵列中的每个多光束元件124，可以存在唯一的一组光阀106。举例而言，唯一的一组光阀106可以对应于多视图显示器的多视图像素106'。

在本发明中，“尺寸”可以包含但不限于，长度、宽度或面积的各种方式中的任何一种来定义。例如，光阀的尺寸可以是其长度，并且多光束元件124的相当尺寸也可以是多光束元件124的长度。在另一示例中，尺寸可被称为区域，使得多光束元件124的区域可以与光阀的区域相比。

在一些实施例中，多光束元件124的尺寸可以与光阀的尺寸相比较，且多光束元件的尺寸系介于光阀的尺寸的百分之五十(50％)至百分之两百(200％)之间。举例而言，如果多光束元件尺寸系标示为“s”及光阀尺寸系标示为“s”(如图3a中所示)，那么多光束元件尺寸s可用方程式(2)来给定，方程式(1)为：

在其他示例中，多光束元件尺寸系大于光阀尺寸的约百分之六十(60％)、或光阀尺寸的约百分之七十(70％)、或大于光阀尺寸的约百分之八十(80％)、或大于光阀尺寸的约百分之九十(90％)，且多光束元件系小于光阀尺寸的约百分之一百八十(180％)、或小于光阀尺寸的约百分之一百六十(160％)、或小于光阀尺寸的约百分之一百四十(140％)、或小于光阀尺寸的约百分之一百二十(120％)。例如，通过“相当尺寸”，多光束元件尺寸可在光阀尺寸的约百分之七十五(75％)及约百分之一百五十(150％)之间。在另一示例中，多光束元件124在尺寸上可以与光阀相比较，其中，多光束元件尺寸系在光阀尺寸的约百分之一百二十五(125％)至百分之八十五(85％)之间。根据一些实施例，可以将减少或者在一些实施例中将多视图显示器或等同的多视图图像的视图之间的暗区域最小化为目的，来选择多光束元件124及光阀的相当尺寸，同时，可以减少多视图显示器的多个视图之间的重叠，或在一些示例中将其最小化。

应注意的是，如图3b所示，多光束元件124的尺寸(例如，宽度)可以对应于光阀阵列中的光阀106的尺寸(例如，宽度)。在其他示例中，多光束元件尺寸可被定义为光阀阵列中相邻的多个光阀106之间的距离(例如，中心至中心距离)。举例而言，光阀106可小于光阀阵列中多个光阀106之间的中心至中心距离。举例而言，多光束元件尺寸可定义为光阀106其自身的尺寸或对应于多个光阀106之间的中心至中心距离的尺寸。

在一些实施例中，多个多光束元件124与对应的多个多视图像素106'(例如，多个组光阀106)之间的关系可为一对一的关系。即，可以存在相同数量的多视图像素106'和多光束元件124。图3c以示例的方式明确地示出了一对一的关系，其中包括不同的一组光阀106的每一个多视图像素106'被示出为被虚线包围。在其他实施例中(未显示于图中)，多视图像素106'与多光束元件124的数量可以彼此不同。

在一些实施例中，多个多光束元件124中相邻的一对多光束元件之间的元件间距离(例如，中心至中心距离)可等于对应之多个多视图像素中相邻的一对多视图像素106'之间的像素间距离(例如，中心至中心距离)，例如，由多个光阀组表示。在另一实施例中(未显示于图中)，该对多光束元件124及对应光阀组的相对中心至中心距离可不同，例如，多光束元件124可具有大于或小于表示多视图像素106'的多个组光阀之间的间距(例如，中心至中心)的元件间间距(即，中心至中心距离)。

在一些实施例中，多光束元件124的形状类似于或等同于多视图像素106'的形状、与多视图像素106'对应的一组(或“子阵列”)光阀106的形状。举例而言，多光束元件124可以具有正方形的形状，并且多视图像素106'(或对应的一组光阀106的布置)可以基本上是正方形的。在另一示例中，多光束元件124可具有长方形的形状，即，可具有大于宽度或横向尺寸的长度或纵向尺寸。在此示例中，对应多光束元件124的多视图像素106'(或等同于该多个组光阀106的排列)可具有类似矩形的形状。图3c显示正方形多光束元件124和对应的正方形多视图像素的透视图，该多视图像素106'包括正方形的多个组光阀106。在进一步的其他示例中(未显示于图中)中，多光束元件124和对应的多视图像素106'具有各种形状，包含或至少近似，但不限于，三角形、六角形、和圆形。

此外(例如，如图3b中所示的)，根据一些实施例，每一个多光束元件124配置以将方向性发射光102"提供至一个且只有一个多视图像素106'。具体来说，对于给定的多光束元件124，方向性发射光102"具有与多视图显示器的不同视图对应的不同主要角度方向，方向性发射光102"基本上限于单个对应的多视图像素106'与其光阀106，也就是，对应于多光束元件124的单组光阀106，如图3b中所示。因此，第一平面背光板110的每一个多光束元件124皆提供方向性发射光102"的多条方向性光束中的对应的多条方向性光束，其具有对应多视图图像的不同视图的多个不同主要角度方向中的一组方向(即，该组方向性光束包括光束，其具有与每个不同视图方向相对应的方向)。

根据各种实施例，第二平面背光板120的多光束元件124可包括配置为散射出引导光104的一部分的多个不同结构中的任何一种。举例而言，不同结构可以包含但不限于衍射光栅、微反射元件、微折射元件、或其各种组合。在一些实施例中，多光束元件124包括衍射光栅，配置成用以将部分引导光衍射地耦合或散射为方向性发射光102"，其包括具有多个不同主要角度方向的多个方向性光束。在其他实施例中，多光束元件124包括微反射元件，其配置为将部分引导光反射地耦合或散射为多条方向性光束，或者多光束元件124包括微折射元件，其配置为通过或利用折射以将部分引导光折射地耦合或散射为多条方向性光束(即，折射地散射出部分引导光)。

图5a是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的包含多光束元件124的第二平面背光板120的一部分的剖面图。图5b是根据与本文所描述的原理一致的另一实施例，显示示例中的包含多光束元件124的第二平面背光板120的一部分的剖面图。具体来说，图5a至图5b示出了包括衍射光栅124a的第二平面背光板120的多光束元件124。衍射光栅124a用以将引导光104的一部分衍射地耦合或散射为方向性发射光102"的多条方向性光束。衍射光栅124a包括多个衍射特征，其通过衍射特征间距(或衍射特征、或光栅间距)彼此隔开，所述的衍射特征用以提供衍射地散射出的部分引导光。根据各个实施例，衍射光栅124a中的衍射特征的间距或光栅间距可为子波长(即，小于引导光104的波长)。

在一些实施例中，多光束元件124的衍射光栅124a可以位于导光体122的表面，或者可以相邻于导光体122的表面。举例而言，衍射光栅124a可以位于导光体122的第一表面122'处或导光体122的第一表面122'的附近，如图5a所示。在导光体122的第一表面122'的衍射光栅124a可以是透射模式衍射光栅，其配置为将引导光部分通过第一表面122'衍射地散射为方向性发射光102“的方向性光束。在另一个示例中，如图5b所示，衍射光栅124a可以位于导光体122的第二表面122"处或导光体122的第二表面122"附近。当位于第二表面122"时，衍射光栅124a可以是反射模式衍射光栅。作为反射模式衍射光栅，衍射光栅124a配置为衍射部分引导光并且反射部分引导光，使其朝向第一表面122'以通过第一表面122'离开作为方向性发射光102"的方向性光束。在其他实施例中(未显示于图中)，衍射光栅可以位于导光体122的表面之间，例如作为透射模式衍射光栅和反射模式衍射光栅中的中的一个或两个。应注意的是，在本文描述的一些实施例中，方向性发射光102的方向性光束的主要角度方向可以包含由于方向性光束在导光体表面处离开导光体122而产生的折射效应。举例而言，图5b示出了当方向性发射光102"穿过第一表面122'时，由于折射系数的变化而导致方向性光束的折射(即，弯曲)。亦参见图8a及图8b，如下文所描述。

根据一些实施例，衍射光栅124a的衍射特征可以包括彼此间隔的凹槽和脊部中的一个或两个。凹槽或脊部可以包括导光体122的材料，例如，可以形成在导光体122的表面中。在另一个示例中，凹槽或脊部可以由除了导光材料以外的材料形成，例如在导光体122的表面上的另一种材料的膜或层。

在一些实施例中，多光束元件124的衍射光栅124a是均匀衍射光栅，其中，衍射特征间距在整个衍射光栅124a中是大致恒定或不变的。在其他实施例中，衍射光栅124a可以是频扰(chirped)衍射光栅。根据定义，“频扰”衍射光栅是一种衍射光栅，其表现或具有在频扰衍射光栅的范围或长度上变化的衍射特征的衍射间距(即，光栅间距)。在一些实施例中，频扰衍射光栅可以具有或表现出随距离线性变化的衍射特征间距的“频扰”或变化。因此，根据定义，频扰衍射光栅为“线性频扰”衍射光栅。在其他实施例中，多光束元件124的频扰衍射光栅可表现出衍射特征间距的非线性频扰。可以使用各种非线性频扰，包含但不限于指数频扰、对数频扰、或基本上不均匀或随机但仍然单调的方式变化的频扰。也可以使用非单调的频扰，例如但不限于正弦频扰、或三角形、或锯齿频扰。任何这些类型的频扰的组合也可以被使用。

在一些实施例中，衍射光栅124a可包括多个衍射光栅或等效的多个子光栅。图6是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的包括多个子光栅的衍射光栅124a的剖面图。如图6所示，多个子光栅包括在导光体122的表面上(例如，如图所示的第二表面122")的多光束元件124的衍射光栅124a内的第一子光栅124a'和第二子光栅124a"。多光束元件124的尺寸s在图6中示出。

根据一些实施例，在多个多光束元件中的不同多光束元件124之间的衍射光栅124a内的子光栅的差异密度，可以配置为控制由相应的不同多光束元件124衍射地散射出的方向性发射光102"的多条方向性光束的相对强度。换句话说，多光束元件124可以分别在衍射光栅124a内具有不同密度的子光栅，并且不同的子光栅密度可以配置以控制多条方向性光束的相对强度。具体来说，在衍射光栅124a中，具有较少子光栅的多光束元件124可以产生方向性发射光102"的多条方向性光束，其具有比具有相对更多子光栅的另一个多光束元件124更低的强度(或光束密度)。

图7是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的多光束元件124的平面图。如图所示，该对多光束元件124中的第一多光束元件124-1在衍射光栅124a内具有比在该对多光束元件114中的第二多光束元件124-2中存在的密度更高的子光栅。具体来说，第二多光束元件124-2具有衍射光栅124a，其具有比第一多光束元件124-1更少的子光栅和更多的没有子光栅的位置123。在一些实施例中，第一多光束元件124-1中的较高密度的子光栅可以提供多个方向性光束，其具有比由第二多光束元件124-2提供的多个方向性光束的强度更高的强度。根据一些实施例，由图7中所示的差异子光栅密度提供的相应的多个方向性光束的较高强度和较低强度，可以用来补偿引导光的光强度，其在导光体内随传播距离而变化。作为示例而非限制，图7还示出了具有子光栅的衍射光栅124a，所述的子光栅具有弯曲衍射特征。

图8a是根据与本文所描述的原理一致的另一实施例，显示示例中的包含多光束元件124的第二平面背光板120的一部分的剖面图。图8b是根据与本文所描述的原理一致的另一实施例，显示示例中的包含多光束元件124的第二平面背光板120的一部分的剖面图。具体来说，图8a及图8b示出包括微反射元件的多光束元件124的各个实施例。用作或在多光束元件124中的多个微反射元件可包含但不限于，采用反射材料或其膜的反射器(例如，反射金属)或基于全内反射(totalinternalreflection,tir)的反射器。根据一些实施例(例如，如图8a至图8b所示)，包括微反射元件的多光束元件124可以位于导光体122的表面(例如，第二表面122")或位于导光体122的附近。在其他的实施例中(未显示于图中)，微反射元件可以在导光体122中位于第一表面122'与第二表面122"之间的位置。

举例而言，图8a示出了包括微反射元件124b的多光束元件124，微反射元件124b具有位于导光体122的第二表面122"附近的反射多面结构(facets)(例如，“棱镜式(prismatic)”微反射元件)。棱镜式微反射元件124b的多面结构用以将引导光104的一部分反射(即，反射地散射)出导光体122之外以作为方向性发射光102"的方向性光束。举例而言，多面结构可以相对于引导光104的传播方向倾斜或偏斜(即，具有倾斜角)，以将部分引导光反射出导光体122以作为方向性发射光102"。根据各个实施例，多面结构可以利用导光体122内的反射材料(例如，如图8a所示)而形成，或者可以是第二表面122"中的棱柱形空腔的多个表面。在一些实施例中，当采用棱柱形空腔时，空腔表面处的折射系数变化可以提供反射(例如，tir反射)，或者形成多面结构的空腔表面可以被反射材料涂覆以提供反射。

在另一实施例中，图8b示出了包括微反射元件124b的多光束元件124，微反射元件124b具有大致光滑的弯曲表面，例如但不限于半球形微反射元件124b。举例而言，微反射元件124b的特定表面曲线可以用以反射部分引导光，其根据与引导光104接触的弯曲表面上的入射点的不同方向上。如图8a及图8b中所示出的，作为示例而非限制，从导光体122反射地散射出来的部分引导光系从第一表面122'射出或离开。如同图8a中的棱镜式微反射元件124b，图8b中的微反射元件124b可以是导光体122内的反射材料或形成在第二表面122"中的空腔(例如，半圆形空腔)，如同图8b中作为示例而非限制所示出的。做为示例而非限制的，图8a及图8b亦示出具有二个传播方向103、103'的引导光104(即，由粗箭头示出)。例如，利用二个传播方向103、103'可助于对方向性发射光102"的多个方向性光束提供对称的主要角度方向。

图9是根据与本文所描述的原理一致的另一实施例，显示示例中的包含多光束元件124的第二平面背光板120的一部分的剖面图。具体来说，图9示出了包括微折射元件124c的多光束元件124。根据各种实施例，微折射元件124c用以将来自导光体122的引导光104的一部分折射地耦合出或散射出。也就是说，如图9所示，微折射元件124c配置以利用折射(例如，相对于衍射或反射)将一部分的引导光从导光体122耦合或散射为包括方向性光束的方向性发射光102"。微折射元件124c可具有各种形状，其形状包含但不限于，半球形、矩形或棱柱形或倒棱柱形(即，具有斜面的多面结构的形状)。根据各个实施例，微折射元件124c可从导光体122的表面(例如，第一表面122')延伸或突出，如图所示，或可为表面中的空腔(未显示于图中)。此外，在一些实施例中，微折射元件124c包括导光体122的材料。在其他实施例中，微折射元件124c可包括相邻于导光体表面的另一材料，以及在一些示例中，微折射元件124c可包括与导光体表面接触的另一材料。

再次参见图3a至图3c，第二平面背光板120可进一步包括光源126。根据各个实施例，光源126用以提供在导光体122内被引导的光。尤其，光源126可以位于相邻于导光体122的入口表面或入口端(输入端)。在本发明的各个实施例中，光源126可以包含大致任何种类的光源(例如，光学发射器)，该些光源系包含一个以上的发光二极管(lightemittingdiode,led)或雷射(例如，雷射二极管)，但其并不受限于此。在一些实施例中，光源126可以包括光学发射器，用于产生代表特定颜色之具有窄频光谱的基本上为单色的光。具体来说，该单色光的颜色可为特定颜色空间或特定颜色模型的原色(例如，红-绿-蓝(red-green-blue,rgb)颜色模型)。在其他示例中，光源126可以是用以提供基本上宽带或多色光的基本宽频带光源。例如，光源126可提供白光。在一些实施例中，光源126可以包括多个不同的光学发射器，用于提供不同颜色的光。不同的光学发射器可以用以提供具有与不同光色中的每一个相对应的引导光的不同的、颜色特定的、非零传播角度的光。

在一些实施例中，光源126可进一步包括准直器(未显示于图中)。准直器可以被配置以接收来自光源126的一个或多个的光学发射器的大致非准直光。准直器系进一步被配置以将大致非准直光转换为准直光。特别是，根据一些实施例，准直器可提供具有非零传播角度并且依据预定准直因子σ进行准直的准直光。而且，当采用不同颜色的光学发射器时，准直器可配置为提供具有不同的、颜色特定的、非零传播角度中的一个或两个并且具有不同颜色特定的准直因子的准直光。准直器进一步被配置成将准直光传送到导光体122，以作为引导光104传播，如上文所述。

根据一些实施例，可切换模式的背光板100进一步包括在第一平面背光板110和第二平面背光板120之间的挡光层130。根据一些实施例，挡光层130配置为选择性地阻挡从第二平面背光板120的第二表面(例如，后表面)发射的光进入第一平面背光板110。具体来说，挡光层130配置为阻挡从第二平面背光板120发射大致朝向第一平面背光板110的光，即，沿“第一方向”。另一方面，在至少一些操作模式中并且根据可切换模式的背光板100的至少一些实施例，挡光层130进一步配置为将从第一平面背光板110发射大致朝向第二平面背光板120的第二表面的光，即，在与第一方向相反的“第二方向”上。因此，根据一些实施例，挡光层130可以表示单向挡光层130。在其他实施例中，挡光层130可以配置为选择性地阻挡光穿过挡光层130并且到达第二平面背光板120，例如，来自第一平面背光板110的光。在这些实施例中，举例而言，挡光层130可以仅在可切换模式的背光板100的特定模式时阻挡光。在图3b中使用阴影线(cross-hatching)显示配置为阻挡光的挡光层130，而图3a中没有阴影则显示挡光层130配置为使光透射(例如，来自第一平面背光板110的发射光102)。

图10a是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的可切换模式的背光板100的一部分的剖面图。图10b是根据与本文所描述的原理一致的另一实施例，显示示例中的可切换模式的背光板100的一部分的剖面图。例如，图10a和图10b中所示的部分可以是以第二模式操作的可切换模式的背光板100的一部分，如图3b所示。具体来说，图10a至图10b中所示的可切换模式的背光板100包含第一平面背光板110、第二平面背光板120、与位于第一平面背光板110以及第二平面背光板120之间的挡光层130。如图10a至图10b所示，挡光层130配置为阻挡光。

在一些实施例中，例如，如图10a中所示，挡光层130可以配置为阻挡源自第二平面背光板120并且大体上沿负z方向传播的光。举例而言，通过多光束元件124，引导光104的衍射结果可以是作为方向性发射光102"(例如，通常指向正z方向)与第二光束102a(其散射或大体上指向负z方向)二者的散射光。如图10a所示，挡光层130可以配置为阻挡第二光束102a。

或者或另外地(例如，如图10b中所示)，挡光层130可以配置为在第二模式期间阻挡从第一平面背光板110朝向第二平面背光板120在正z方向上传播的光102b。具体来说，挡光层130可以配置为阻挡在第二模式中沿正z方向传播的光102b，其中第二平面背光板120是活动的或者以其他方式配置以提供方向性发射光102"(即，如图所示)。举例而言，被挡光层130阻挡的正z方向光102b可以表示源自第一平面背光板110或由第一平面背光板110产生的光。在另一示例中，正z方向光102b可以表示来自第二平面背光板120的光，其被第一平面背光板110朝向第二平面背光板120反向散射或反射。

根据一些实施例，挡光层130可以提供在第一方向上传播的光的有源的挡光或无源的挡光。举例而言，挡光层130可以是基本上无源的层，其阻挡沿第一方向传播的光，同时使沿第二方向传播的光透射。因此，挡光层130可以在可切换模式的背光板100的第一操作模式和第二操作模式中保持基本不变。可以用作挡光层130的无源层的示例包含但不限于，所谓的单向理想吸收器(perfectabsorber)、偏振器或偏振层，以及角度滤波器。举例而言，无源层的其他示例可以包含多频(multi-band)滤波器(例如，多频彩色滤光片)，其配置为选择性地阻挡(例如，反射，吸收等)由第二平面背光板120产生的特定波长的光，同时允许由第一平面背光板110产生的不同波长的光通过。

在另一个示例中，挡光层130可以是有源层，其配置为在挡光模式或挡光状态下阻挡光的透射，并且在透光模式或透光状态下使光透射。当第二平面背光板120为有源时(例如，在第二模式中)，有源挡光层130可以选择性地切换到挡光状态，以防止光从第二平面背光板120朝向第一平面背光板110且传播到第一平面背光板110中。此外，当第一平面背光板110有效时(例如，在第一模式中)，有源挡光层130可以选择性地切换到透光状态，以允许光作为发射光102从第二平面背光板120传播出去并穿过第二平面背光板120。有源挡光层130的示例包含但不限于光阀(例如，液晶光阀)或类似的可切换吸收层。其他示例包含基于机电结构(例如，微机电镜面(microelectromechanicalormemmirror))、电吸收(electroabsorption)(例如，半导体式)以及各种非线性晶体和有机聚合物的各种其他所谓的「有源」光闸(shutter)的配置。在一些实施例中，多光束元件124可包括单向散射结构。因此，可以省略挡光层130，举例说明，如通过示例所示并且不限于图3c。

根据与本说明书中所描述的原理一致的一些实施例，本发明系提供一种可切换模式的显示器。可切换模式的显示器配置为在可切换模式的显示器的第一模式中发射调节光，其对应于或表示二维(2d)图像的像素。在第二模式中，可切换模式的显示器配置为发射调节方向性发射光，其对应于或表示多视图图像的不同视图(视图像素)的像素。在一些实施例中，第一模式也可以被称为2d模式，而第二模式也可以被称为多视图模式。在第一模式或2d模式中，可切换模式的显示器可以配置为显示2d信息(例如，2d图像，文本等)。另一方面，在第二模式或多视图模式中，可切换模式的显示器配置为显示多视像信息(例如，多视图图像)。具体来说，可切换模式的显示器可以表示第二模式中的裸视立体电子显示器或裸眼3d电子显示器。根据各种示例，即，方向性发射光中所调节的、不同方向的光束中的不同的光束，可以对应于与多视像信息或多视图图像相关联的不同“视图”。举例而言，不同视图可以在第二模式中通过可切换模式的显示器以提供表示为裸眼(例如，自动立体，全息等)的信息。

图11是根据与本文所描述的原理一致的实施例，显示示例中的可切换模式的显示器200的方块图。可切换模式的显示器200可用于呈现2d信息或多视图信息，例如但不限于2d图像、文本、和多视图图像。具体来说，图11中所示的可切换模式的显示器200配置为在第一模式期间发射包括广角发射光202'的调节光202。举例而言，调节广角发射光202'可以表示2d显示图像的2d像素。此外，在第二模式(模式2)期间，图11中所示的可切换模式的显示器200配置为发射包括调节方向性发射光202"的调节光202，其包含具有表示多视图影像的像素的不同主要角度方向的方向性光束。具体来说，不同的主要角度方向可以对应于在第二模式中由可切换模式的显示器200显示的多视图图像的不同视图的不同视图方向。在图11中使用虚线来强调广角发射光202'和方向性发射光202"的调节。

如图11所示，可切换模式的显示器200包括第一平面背光板210。第一平面背光210配置为在第一模式(模式1)期间提供广角发射光204'。在一些实施例中，第一平面背光板210可以大致相似于上文中所述并且可切换模式的背光板100的第一平面背光板110。举例而言，第一平面背光板可以包括具有光提取层的矩形导光体，光提取层配置为从矩形导光体提取光并将提取光通过漫射器重定向为广角发射光204'。在一些实施例中，第一平面背光板210可包括与第一平面背光板210的平面发光表面相邻的漫射器。漫射器可以配置为将由第一平面背光板发射的光散射为广角发射光204'。

图11中所示的可切换模式的显示器200进一步包括第二平面背光板220。第二平面背光板220包括导光体222和互相隔开的多光束元件224的阵列。多光束元件224的阵列配置为在第二模式期间将来自导光体222的引导光散射为方向性发射光204"。根据各种实施例，由多光束元件224的阵列中的单独多光束元件224提供的方向性发射光204"包括多个方向性光束，其具有与在第二模式中或在第二模式期间由可切换模式的显示器200显示的多视图图像的视图方向相对应的不同主要角度方向。

在一些实施例中，第二平面背光板220可以大致相似于上文所述并且可切换模式的背光板100的第二平面背光板120。具体来说，导光体222和多光束元件224可以分别基本上类似于导光体122和多光束元件124。例如，导光体222可以是平板导光体。此外，多光束元件224的阵列中的多光束元件224可以包括光学连接到导光体222的衍射光栅、微反射元件、和微折射元件中的一个或多个，以将引导光散射为方向性发射光204"。

在一些实施例中，多光束元件224或等效的多光束元件224的阵列可以位于导光体222的第一表面中和第二表面中的一处。此外，第二表面可以与第一平面背光板210的发光表面相邻，多光束元件224配置为将引导光通过第一表面散射为方向性发射光204"的多个方向性光束。

如图所示，可切换模式的显示器200进一步包括光阀阵列230。光阀阵列230配置为在第一模式期间调节广角发射光204'以提供二维(2d)图像，在第二模式期间调节方向性发射光204"以提供多视图图像。具体来说，光阀阵列230配置为接收和调节广角发射光204'，以在第一模式期间提供广角发射光202'。类似地，光阀阵列230配置为在第二模式期间接收和调节方向性发射光204"以提供调节的方向性发射光202"。在一些实施例中，光阀阵列230可以大致与上文关于可切换模式的背光板100所述的光阀106的阵列相似。举例而言，光阀阵列中的光阀可包括液晶光阀。此外，在一些实施例中，多光束元件224的阵列的多光束元件224的尺寸可以与光阀阵列230的光阀的尺寸相当。

在各种实施例中，第二平面背光板220可以位于第一平面背光板210的平面发光表面与光阀阵列230之间。另外，第二平面背光板220在第一模式期间对于广角发射光204'可以是透明的。

在一些实施例(未显示于图中)中，可切换模式的显示器200进一步包括在第一平面背光板210和第二平面背光板之间的挡光层。挡光层可以基本上类似于上述可切换模式的背光板100的挡光层130。在一些实施例(未显示于图中)中，可切换模式的显示器200包括在第一平面背光板210和第二平面背光板220之间的可切换的挡光层。根据各种实施例，可切换的挡光层配置为在第一模式中使来自第一平面背光板的广角发射光204'通过，并且在第二模式中使来自第二平面背光板220的光被阻挡。

在一些实施例中，可切换模式的显示器200进一步包括光学耦合到第二平面背光板的导光体的输入部的光源240。光源240可以配置为提供中具有非零传播角度以及根据预定的准直因子进行准直之中的一个或二者的引导光。在一些实施例中，光源可以基本上类似于上文关于可切换模式的背光板100所述的光源126。根据一些实施例，光源240可以配置为产生不同颜色的光(亦即，为彩色光源)。同样地，光阀阵列230可包括光阀，其包括彩色子像素(例如，代表红色彩色滤光片、绿色彩色滤光片、和蓝色彩色滤光片)。因此，在一些实施例中，可切换模式的显示器200可以是配置为提供彩色图像的彩色显示器。

根据与本说明书中所述原理一致的其他实施例，本发明系提供一种可切换模式的显示器的操作方法。具体来说，可切换模式的显示器的操作方法可以具有至少两种模式，即第一模式和第二模式。根据各种实施例，第一模式可以显示二维(2d)图像，而第二模式可以显示三维(3d)或多视图图像。图12是根据与本文所描述的原理一致的一实施例，显示示例中的可切换模式的显示器的操作方法300的流程图。

如图12所示，可切换模式的显示器的操作方法300包括步骤310，其为在第一模式期间从第一平面背光板的发光表面发射光作为广角发射光。在一些实施例中，第一平面背光板大致相似于上文中针对可切换模式的背光板100所述的第一平面背光板110。此外，根据一些实施例，步骤310中，第一模式和发射光可以基本上相似于上文关于可切换模式的背光板100描述的第一模式(例如，模式1)和广角发射光102'中相应的一个。

图12中所示的可切换模式的显示器的操作方法300进一步包括步骤320，其为在第二模式期间从第二平面背光板发光作为方向性发射光。根据各种实施例，第二平面背光源包括导光体和多光束元件阵列，多光束元件阵列配置为将来自导光体的引导光散射为方向性发射光。在一些实施例中，第二平面背光板可以大致相似于上文所述并且可切换模式的背光板100的第二平面背光板120。具体来说，导光体可以基本上相似于导光体122，多光束元件阵列可以基本上相似于多光束元件124的阵列，并且方向性发射光可以基本上相似于方向性发射光102"。类似地，第二模式可以基本上类似于可切换模式的背光板100的第二模式。

举例而言，多光束元件阵列可包括沿导光体互相隔开的多个单独的多光束元件。此外，每个单独的多光束元件可以包括衍射光栅、微反射元件和微折射元件中的一个或多个，其光学连接到导光体并配置为散射出方向性发射光。方向性发射光可以包括多个方向性光束，其具有与多视图图像的不同视图方向对应的不同主要角度方向。

可切换模式的显示器的操作方法300进一步包括步骤330，其为调节广角发射光以提供二维图像和方向性发射光以提供多视图图像。具体来说，根据各种实施例，步骤330中，使用光阀阵列和多光束元件阵列中的多光束元件以调节，多光束元件具有与光阀阵列的光阀的尺寸相当的尺寸。根据一些实施例，如上文关于可切换模式的背光板100或可切换模式的显示器200所述，光阀可以基本上相似于光阀106的阵列或者等效的光阀阵列230中的光阀106。

在一些实施例(未显示于图中)中，可切换模式的显示器的操作方法300进一步包括在第一模式期间通过第二平面背光板透射广角发射光，第二平面背光板对于广角发射光是透明的。在一些实施例中，可切换模式的显示器的操作方法300进一步包括使用光源以向导光体提供光，所提供的光成为引导光，引导光具有下述特征中的一个或两个：在导光体中具有非零传播角度、以及依据准直因子进行准直，藉此提供引导光的预定角展度。在一些实施例中，光源可以与可切换模式的背光板100的光源126基本类似。此外，在一些实施例中(未显示于图中)，可切换模式的显示器的操作方法300，进一步包括在第二模式期间使用有源挡光层，以选择性地阻挡来自在第一平面背光板的方向上发射的第二平面背光板的光。有源挡光层可以与上述挡光层130基本上相似。

因此，已经描述了提供一对模式的可切换模式的背光板、可切换模式的显示器、以及可切换模式的显示器的操作方法的示例和实施例。应该理解的是，上述示例仅仅是说明代表在此描述的原理的许多具体示例和实施例中的一些示例。显然，所属技术领域中具有通常知识者可以很容易地设计出许多其他的配置，而不偏离本发明的申请专利范围所界定的范畴。